Microsteps

Full-Steps

Ein Stepper-Motor hat physikalisch eine definierte Anzahl an ansteuerbaren Schritten, welche wie die Sekunden auf einer Uhr schrittweise erreicht werden. Für eine Umdrehung braucht der Standard-Stepper der RF1000 und RF2000-Drucker 200 Schritte. Das entspricht einem Schrittwinkel von 1,8°. Es gibt z.B. auch größere/schwerere und kürzere/leichtere Motoren dieses Nema17-Typs, welche eine unterschiedliche Haltekraft aufweisen. Dieser Motortyp mit 1,8° gilt als guter Kompromiss aus Haltekraft und Baugröße und Schrittfeinheit.

Ein 1,8° Winkelschritt wird bei diesen Motoren Full-Step genannt.

Ebenso gibt es Motoren die 0.9° Schritte aufweisen, also 400 Steps pro Umdrehung benötigen. In diesem Fällen wird ein 0.9° Winkelschritt Full-Step genannt.

Microsteps

Es ist möglich, dass der Stepper-Driver kommandiert, dass der Motor seine Halteposition in einer Zwischenposition zwischen zwei 1.8° bzw. 0.9°-Voll-Schritten einnimmt. Trotzdem wird das Verfahren der Motorposition über Einzelschritte kommandiert. Je nach Konfiguration ist festgelegt, ob ein "Mikroschritt" ein Halbes, Viertel, Achtel, 1/16tel, 1/32tel, 1/64tel, usw. des vollen Schrittes darstellt.

Höhere Mikroschritte erhöhen die Feinheit der anfahrbaren Winkelschritte. Das erhöht die Feinheit der anfahrbaren Koordinaten. Das erhöht die Anzahl der benötigten Step-Impulse und deshalb auch die benötigte Rechenleistung im 3D-Drucker-Prozessor.

Standardeinstellung: 32 Microsteps pro Voll-Step des Motors.

Zielkonflikt

Stellt man im Stepper-Driver einen höheren Micro-Step-Modus ein, dann vervielfacht sich die Feinheit der anfahrbaren Koordinaten, doch man verliert maximale Verfahrgeschwindigkeit.

Das Limit der ausgebbaren Steps/Sekunde befindet bei den Druckern RF1000/RF2000 irgendwo um grob 20000-30000 Steps/Sekunde. (Repetier-Firmware, Quad-Stepping, 8-Bit-CPU, 16 Mhz) Das ergibt sich aus den grob möglichen 7000 bis 9000 Interrupts pro Sekunde und dem Hack der "Double-Stepping", "Quad-Stepping" oder "Octa-Stepping" heißt. Die Auflösung der XY-Fahr-Achsen liegt bei ca. 150Steps/mm. Also liegt die theoretische Maximalgeschwindigkeit von X und Y beispielsweise bei ganz grob 25000/150 mm/Sekunde = 166mm/s. (Das stimmt so nicht genau, aber diese Geschwindigkeit sollte bei der genannten Feinheit von 150Steps/mm in etwa erreichbar sein.)

Halbiert man die Feinheit der Schritte verdoppelt man diese theoretische Maximalgeschwindigkeit. Das gilt aber nur solange die Hardware mitspielt. Hohe Geschwindigkeiten verlangen mehr Motorspannung und dann nimmt das Haltemoment ab. (Die Motoren der RF1000 und RF2000 werden mit 24V versorgt. Viele andere Drucker sind nur mit 12V ausgestattet, doch 24V oder mehr setzt sich immer mehr durch.)

Einstellbare Microsteps

In der Mod-Firmware kann man die Microsteps der Fahr-Achsen getrennt einstellen. Das macht natürlich hauptsächlich dann sinn, wenn man X und Y gleich behandelt, alle Extruder gleich behandelt und Z extra. Der Grund für diese logische Aufteilung in 3 Kategorien ist, dass hier jeweils dasselbe mechanische Übersetzungsverhältnis vorliegt.

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Tendentiell ist X und Y mit 32 Microsteps quasi ideal eingestellt. Benötigt man in der Praxis nur die Hälfte der Maximalgeschwindigkeit, könnte man auch die Feinheit verdoppeln und auf 64 Microsteps setzen. Z ist mit 32 Microsteps bisher eher zu hoch eingestellt. Hiermit schafft der Drucker mit der feinen Auflösung 25000 [Steps/Sekunde] / 2560 [Schritte/mm] nur grob 10mm/s. Das ist uns aber während dem Drucken meist egal. Nur beim Homing oder OutputObject merkt man dieses Limit real. Selbst mit nur 16 Microsteps hätte Z aber eine Auflösung von unter 1um. Für die Extruder gilt nach ähnlicher Logik, dass man hier nicht über den Zahlenwert von etwa 1200 Steps/mm gehen sollte. Beim Extruder sollte man immer etwas Spielraum einplanen, was das Limit der Rechenleistung betrifft.

Standard: ~300Steps/mm bei 1,8°Motor und 32 Microsteps.

Alternativ: ~900Steps/mm mit der Übersetzung des E3D-Titan.

Alternativ: ~600 oder ~1200 Steps/mm mit 64 bzw. 128 Microsteps.

Zusatzinformation

Siehe Double-Stepping